석유의 접촉분해 시 일어나는 반응으로 가장 거리가 먼 것은?
- 축합
- 탈수소
- 고리화
- 이성질화
정답과 해설 보기
정답 ① · 석유의 접촉분해에서 일어나지 않는 반응을 고르는 문제이다. 접촉분해는 큰 탄화수소 분자를 촉매로 하여 작은 분자로 쪼개는 반응으로, 과정에서 탈수소, 고리화, 이성질화 같은 구조 변화 반응이 함께 일어난다.
접촉분해(크래킹)는 큰 분자를 작은 분자로 쪼개는 과정으로, 분자를 합치는 축합 반응은 그와 정반대의 개념이다.
개념 한 쪽
화공기사 합성수지원료 — 증류와 전화·정제의 구분
석유화학 원료와 관련된 기본 공정은 증류, 전화(conversion), 정제의 세 범주로 나뉜다고 정리한다. 고비점 유분의 열분해를 방지하기 위해 압력을 낮추는 감압증류를 사용한다는 사실을 핵심으로 기억한다. 전화공정은 분자 구조를 변환하는 공정이고, 정제는 불순물 제거가 목적이라는 구분을 명확히 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「합성수지원료」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열분해 방지 증류법 선택 | 1 | 고비점 유분의 열분해 방지법을 고르기 |
| 전화 vs 정제 구분 | 1 | 주어진 공정이 전화인지 정제인지 구별하기 |
| 접촉분해 관련 반응 판정 | 1 | 크래킹 과정에서 발생하지 않는 반응 선택하기 |
뜻
증류과정에서는 상압 증류로는 끓지 않는 고비점 유분이 존재하므로 고온으로 가열하면 탄화수소의 열분해가 발생할 위험이 있다. 이 열분해를 방지하기 위해 시스템 압력을 낮추어 액체의 끓는점을 하강시키는 감압증류(vacuum distillation)를 적용한다는 점을 이해한다. 즉 고비점=높은 가열온도=열분해 위험이라는 인과관계와 감압이 이를 끊는 수단이라는 논리를 연결하여 암기한다.
전화(conversion) 공정은 탄화수소의 사슬 길이나 구조를 바꾸어 더 유용한 물질로 전환하는 공정을 의미한다는 점을 분명히 한다. 예로 분해(cracking), 알킬화(alkylation), 개질(reforming) 등이 전화공정에 해당한다는 사실을 기억한다. 반대로 스위트닝(sweetening)이나 용제추출·수소화정제 등은 불순물인 황·질소 등을 제거하는 정제(refining) 공정으로 분류한다.
접촉분해(크래킹) 과정에서는 큰 분자를 작은 분자로 쪼개는 반응이 주가 되므로 탈수소, 고리화, 이성질화 등 분해 또는 구조변화와 연관된 반응이 동반될 수 있다고 본다. 이와 대조되는 축합 반응은 작은 분자들이 결합하여 큰 분자를 만드는 반응이므로 크래킹과는 개념적으로 거리가 멀다는 점을 지적한다.
수소화정제(hydrotreating)는 원료 속의 황·질소 등 불순물을 제거하기 위해 수소를 사용하여 고온·고압에서 촉매 반응을 일으키는 공정이라는 점을 기억한다. 환경규제 강화로 오히려 수소화정제의 사용이 증가했다는 현황을 개념적으로 연결하여 이해한다.
예제
문제가 "고비점 탄화수소의 열분해를 방지하기 위한 증류법"을 묻는다면 감압증류를 선택한다는 규칙을 적용한다. 선택지에 상압증류나 가압증류가 있으면 가압증류는 온도를 더 높여 열분해를 촉진하므로 배제하고 상압증류도 고온 요구로 부적합하므로 감압증류를 고른다고 정리한다.
전화공정과 정제공정을 구분하는 문제에서는 '구조 변환'이라는 키워드가 보이면 전화공정으로, '황 제거'나 '불순물 제거'라는 표현이 보이면 정제공정으로 판정한다고 예시를 제시한다. 예컨대 스위트닝은 황 제거라는 점에서 정제에 해당하므로 전화가 아닌 것으로 답을 정한다고 설명한다.
윤활성 관련 문제에서는 탄화수소 계열별 특성을 이용하여 파라핀계>나프텐계>방향족계 순으로 윤활성이 높다고 판단한다고 보충한다. 옥탄가 관련 지문은 분자 분기화가 많을수록 노킹 저항성이 커져 옥탄가가 높아진다는 원칙으로 선지를 검토한다고 정리한다.
대표 기출 3문항
수소화 정제법에 대한 설명으로 틀린 것은?
- 고온·고압 하에서 촉매를 사용한다.
- 황, 질소 및 산소 화합물 등을 제거하는 방법이다.
- 원료유를 수소와 혼합하여 이용한다.
- 환경오염 때문에 현재는 사용되지 않는다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 수소화 정제법에 대한 설명 중 틀린 것을 찾는 것이다. 수소화 정제는 고온·고압에서 촉매를 사용하여 황·질소·산소 화합물을 제거하는 공정으로 원료유를 수소와 혼합해 수행하며 현재도 환경규제 강화로 널리 이용되고 있다.
수소화 정제는 황·질소 제거용 고온고압 공정으로 현재도 널리 쓰인다.
석유화학 공정 중 전화(conversion)와 정제로 구분할 대 전화공정에 해당하지 않는 것은?
- 분해(crackin)
- 알킬화(alkylation)
- 스위트닝(sweetening)
- 개질(reformin)
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 석유화학에서 전화(conversion) 공정에 해당하지 않는 항목을 찾는 것이다. 전화공정은 탄화수소의 분자구조를 변환하여 성능을 개선하는 공정으로 분해, 알킬화, 개질 등이 이에 해당한다.
스위트닝은 황 성분을 제거하는 정제 공정이며, 분해·알킬화·개질은 분자 구조를 변환하는 전화 공정이다.
자주 묻는 물음
- 감압증류를 쓰는 이유는 무엇인가?
- 고비점 유분을 상압에서 증류하려면 매우 높은 온도로 가열해야 하므로 탄화수소의 열분해가 발생할 위험이 크다. 압력을 낮추어 끓는점을 하강시키면 낮은 온도에서 증류가 가능하여 열분해를 방지할 수 있다.
- 전화공정과 정제공정은 어떻게 구분하나?
- 전화공정은 분자 구조를 변환하여 제품의 성분을 바꾸는 것이 목적인 공정으로 분해·알킬화·개질 등이 해당한다. 정제공정은 황·질소 등 불순물을 제거하여 제품 품질을 개선하는 것이 목적이며 스위트닝·수소화정제·용제추출 등이 이에 속한다.
- 접촉분해(크래킹)에서 가장 거리가 먼 반응은 어떤 것인가?
- 크래킹은 큰 분자를 작은 분자로 분해하는 공정이므로 소분자를 결합하여 큰 분자를 만드는 축합 반응은 성격이 정반대여서 가장 거리가 먼 반응이다.
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